Страница 67 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении химической реакции, схема которой

$C + HNO_3 \rightarrow NO_2 + CO_2 + H_2O$

Укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Для того чтобы расставить коэффициенты в уравнении реакции методом электронного баланса, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции:

$\stackrel{0}{C} + \stackrel{+1}{H}\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O_3} \rightarrow \stackrel{+4}{N}\stackrel{-2}{O_2} + \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O}$

Из схемы видно, что степени окисления изменили углерод (с 0 до +4) и азот (с +5 до +4).

2. Составим полуреакции окисления и восстановления. Углерод отдает электроны и окисляется, являясь восстановителем. Азот принимает электроны и восстанавливается, являясь окислителем.

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$

3. Составим электронный баланс. Число отданных электронов должно равняться числу принятых. Находим наименьшее общее кратное (НОК) для чисел отданных и принятых электронов (4 и 1), которое равно 4. Умножим полуреакции на соответствующие множители, чтобы уравнять число электронов:

$C^0 \rightarrow C^{+4} + 4e^-$ | 1 (процесс окисления)
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 4 (процесс восстановления)

Таким образом, коэффициент 1 ставится перед веществами, содержащими углерод (C и $CO_2$), а коэффициент 4 — перед веществами, содержащими азот ($HNO_3$ и $NO_2$).

4. Подставим найденные коэффициенты в схему реакции (коэффициент 1 обычно не пишется):

$C + 4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + CO_2 + H_2O$

5. Уравняем количество атомов водорода (H) и кислорода (O). Слева в $4HNO_3$ содержится 4 атома водорода. Чтобы уравнять их количество, ставим коэффициент 2 перед $H_2O$ справа:

$C + 4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + CO_2 + 2H_2O$

6. Выполним проверку по количеству атомов кислорода. Слева: $4 \times 3 = 12$ атомов. Справа: $(4 \times 2) + 2 + (2 \times 1) = 8 + 2 + 2 = 12$ атомов. Баланс атомов соблюден, коэффициенты расставлены верно.

7. Определим окислитель и восстановитель.

Восстановитель — вещество, которое отдает электроны. В данной реакции это углерод $C$.

Окислитель — вещество, которое принимает электроны. В данной реакции это азотная кислота $HNO_3$ (за счет атома азота $N^{+5}$).

Ответ: Уравнение реакции: $C + 4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + CO_2 + 2H_2O$. Окислителем является азотная кислота $HNO_3$ (за счет $N^{+5}$), а восстановителем — углерод $C$.

14. Определите объём водорода (н. у.), необходимого для синтеза 10 л метана $CH_4$ из углерода и водорода.

Дано:

Объем метана $V(CH_4) = 10$ л

Условия: нормальные (н. у.)

$V(CH_4) = 10 \text{ л} = 10 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.01 \text{ м}^3$

Найти:

Объем водорода $V(H_2)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции синтеза метана из простых веществ — углерода и водорода:

$C_{(тв.)} + 2H_{2(г.)} \rightarrow CH_{4(г.)}$

2. Согласно закону объемных отношений газов (закон Гей-Люссака), при постоянных температуре и давлении объемы вступающих в реакцию газов и объемы образующихся газообразных продуктов относятся друг к другу как небольшие целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

В данной реакции участвуют два газа: водород ($H_2$) и метан ($CH_4$). Углерод ($C$) является твердым веществом, поэтому его объем в расчетах по этому закону не учитывается.

3. Из уравнения реакции видно, что для синтеза 1 объема метана требуется 2 объема водорода. Составим пропорцию для объемов газов:

$\frac{V(H_2)}{V(CH_4)} = \frac{2}{1}$

4. Выразим из пропорции и рассчитаем необходимый объем водорода:

$V(H_2) = 2 \cdot V(CH_4)$

$V(H_2) = 2 \cdot 10 \text{ л} = 20 \text{ л}$

Ответ: 20 л.

1. Химические знаки только элементов-неметаллов указаны в ряду

1) $S, C, Be$

2) $B, O, F$

3) $N, P, K$

4) $Si, S, Pb$

Решение

Для решения этой задачи необходимо проанализировать каждый ряд элементов и определить, являются ли все они неметаллами.

1) S, C, Be
В данном ряду представлены химические элементы:

• S (сера) – является типичным неметаллом.
• C (углерод) – является типичным неметаллом.
• Be (бериллий) – является щелочноземельным металлом.

2) B, O, F
В данном ряду представлены химические элементы:

• B (бор) – является неметаллом (также классифицируется как металлоид, но проявляет преимущественно неметаллические свойства).
• O (кислород) – является типичным неметаллом.
• F (фтор) – является типичным неметаллом.

3) N, P, K
В данном ряду представлены химические элементы:

• N (азот) – является типичным неметаллом.
• P (фосфор) – является типичным неметаллом.
• K (калий) – является щелочным металлом.

4) Si, S, Pb
В данном ряду представлены химические элементы:

• Si (кремний) – является неметаллом (металлоид).
• S (сера) – является типичным неметаллом.
• Pb (свинец) – является металлом.

Таким образом, единственный ряд, в котором указаны химические знаки только элементов-неметаллов, это ряд под номером 2.

Ответ: 2

2. Какая электронная формула соответствует химическому элементу-неметаллу?

1) $2e, 2e$

2) $2e, 8e, 6e$

3) $2e, 1e$

4) $2e, 8e, 8e, 2e$

Решение

Для того чтобы определить, является ли химический элемент металлом или неметаллом по его электронной формуле (распределению электронов по энергетическим уровням), необходимо проанализировать количество электронов на его внешнем, или валентном, слое. Элементы, атомы которых имеют на внешнем слое небольшое количество электронов (как правило, 1, 2 или 3), проявляют свойства металлов. Элементы, атомы которых имеют на внешнем слое 4 и более электронов (чаще всего от 4 до 7), проявляют свойства неметаллов, так как они склонны принимать электроны для завершения своего внешнего слоя.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) 2e, 2e. Эта электронная формула соответствует химическому элементу с общим числом электронов $2+2=4$. Это бериллий (Be). На внешнем слое у него находятся 2 электрона. Следовательно, это металл.

2) 2e, 8e, 6e. Эта электронная формула соответствует химическому элементу с общим числом электронов $2+8+6=16$. Это сера (S). На внешнем слое у нее находятся 6 электронов. Следовательно, это неметалл.

3) 2e, 1e. Эта электронная формула соответствует химическому элементу с общим числом электронов $2+1=3$. Это литий (Li). На внешнем слое у него находится 1 электрон. Следовательно, это металл (щелочной металл).

4) 2e, 8e, 8e, 2e. Эта электронная формула соответствует химическому элементу с общим числом электронов $2+8+8+2=20$. Это кальций (Ca). На внешнем слое у него находятся 2 электрона. Следовательно, это металл (щелочноземельный металл).

Таким образом, единственная электронная формула из предложенных, которая соответствует химическому элементу-неметаллу, это формула под номером 2.

Ответ: 2

3. Сходные химические свойства проявляют элементы

1) фтор и азот

2) магний и натрий

3) селен и теллур

4) углерод и сера

Решение

Сходные химические свойства проявляют элементы, которые находятся в одной группе и главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Это связано с тем, что у таких элементов одинаковое строение внешнего электронного уровня (одинаковое количество валентных электронов), что и определяет их химическое поведение.

Рассмотрим каждую из предложенных пар:

1) фтор и азот
Фтор ($F$) — элемент 17-й группы (VIIA группы), 2-го периода. Азот ($N$) — элемент 15-й группы (VA группы), 2-го периода. Поскольку элементы находятся в разных группах, их химические свойства различны.

2) магний и натрий
Магний ($Mg$) — элемент 2-й группы (IIA группы), 3-го периода. Натрий ($Na$) — элемент 1-й группы (IA группы), 3-го периода. Элементы находятся в разных группах, следовательно, их химические свойства различаются.

3) селен и теллур
Селен ($Se$) — элемент 16-й группы (VIA группы), 4-го периода. Теллур ($Te$) — элемент 16-й группы (VIA группы), 5-го периода. Оба элемента расположены в одной группе (группе халькогенов) и главной подгруппе. У них одинаковое количество валентных электронов (по 6 на внешнем уровне), поэтому они проявляют сходные химические свойства.

4) углерод и сера
Углерод ($C$) — элемент 14-й группы (IVA группы), 2-го периода. Сера ($S$) — элемент 16-й группы (VIA группы), 3-го периода. Элементы находятся в разных группах, их химические свойства не являются сходными.

Таким образом, единственной парой элементов, проявляющих сходные химические свойства, являются селен и теллур, так как они находятся в одной группе главной подгруппы.

Ответ: 3

4. В ряду химических элементов кислород — сера — селен не изменяется

1) число электронных слоёв

2) число электронов на внешнем электронном слое

3) электроотрицательность

4) радиус атомов

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать положение химических элементов кислорода (O), серы (S) и селена (Se) в Периодической системе Д. И. Менделеева и связанные с этим периодические закономерности изменения их свойств.

Все три элемента — кислород, сера и селен — находятся в одной группе, а именно в 16-й группе (главной подгруппе VI группы). В ряду O → S → Se мы движемся по группе сверху вниз.

Рассмотрим предложенные характеристики поочередно.

1) число электронных слоёв

Число электронных слоёв в атоме элемента равно номеру периода, в котором он расположен. Кислород находится во 2-м периоде (2 электронных слоя), сера — в 3-м периоде (3 электронных слоя), селен — в 4-м периоде (4 электронных слоя). Таким образом, при движении по группе сверху вниз число электронных слоёв увеличивается. Эта характеристика изменяется.

2) число электронов на внешнем электронном слое

Для элементов главных подгрупп число электронов на внешнем слое (валентных электронов) равно номеру группы. Поскольку кислород, сера и селен находятся в одной и той же (16-й или VI A) группе, у них одинаковое число валентных электронов. Электронная конфигурация их внешнего слоя имеет вид $ns^2np^4$, где $n$ — номер периода. У всех трёх элементов на внешнем слое находится $2 + 4 = 6$ электронов. Эта характеристика не изменяется.

3) электроотрицательность

Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать электроны. В группе при движении сверху вниз радиус атомов увеличивается, а сила притяжения ядром валентных электронов ослабевает. Следовательно, электроотрицательность уменьшается. В ряду O → S → Se электроотрицательность падает. Эта характеристика изменяется.

4) радиус атомов

При переходе от одного элемента к другому вниз по группе добавляется новый электронный слой. Это приводит к увеличению расстояния от ядра до внешних электронов, то есть к увеличению радиуса атома. В ряду O → S → Se радиус атомов последовательно увеличивается. Эта характеристика изменяется.

Таким образом, единственной величиной, которая остается постоянной в ряду кислород — сера — селен, является число электронов на внешнем электронном слое.

Ответ: 2

5. Какая формула соответствует веществу с ковалентной неполярной связью?

1) $S_8$ 2) $H_2S$ 3) $KOH$ 4) $HBr$

Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. В этом случае разность их электроотрицательностей равна нулю, и общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов, а распределена симметрично. Проанализируем предложенные варианты.

1) $S_8$
Это простое вещество — сера. Молекула серы $S_8$ состоит из восьми атомов серы, соединенных между собой. Так как все атомы в молекуле одинаковы (атомы серы), разность электроотрицательностей между ними равна нулю. Следовательно, связь $S-S$ является ковалентной неполярной.

2) $H_2S$
Это сложное вещество — сероводород. Связь образуется между атомами разных неметаллов — водорода ($H$) и серы ($S$). Электроотрицательность серы (2,58 по Полингу) выше электроотрицательности водорода (2,20 по Полингу). Из-за этой разницы общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома серы. Такая связь называется ковалентной полярной.

3) $KOH$
Это сложное вещество — гидроксид калия. В нем присутствуют два типа химической связи. Между металлом калием ($K$) и гидроксогруппой ($OH$) связь ионная ($K^+OH^-$). Внутри гидроксогруппы связь между атомами неметаллов — кислорода ($O$) и водорода ($H$) — является ковалентной полярной, так как электроотрицательность кислорода (3,44) значительно выше электроотрицательности водорода (2,20).

4) $HBr$
Это сложное вещество — бромоводород. Связь образуется между атомами разных неметаллов — водорода ($H$) и брома ($Br$). Электроотрицательность брома (2,96) выше, чем у водорода (2,20). Электронная пара смещена к атому брома, поэтому связь $H-Br$ является ковалентной полярной.

Таким образом, единственное вещество из списка, в котором присутствует ковалентная неполярная связь, — это сера ($S_8$).
Ответ: 1

6. Атомная кристаллическая решётка характерна для

1) кислорода

2) хлора

3) алмаза

4) азота

Решение

Атомная кристаллическая решётка — это тип кристаллической структуры, в узлах которой расположены отдельные атомы, связанные между собой прочными ковалентными связями. Такие вещества характеризуются высокой твёрдостью, тугоплавкостью и нерастворимостью в большинстве растворителей. Проанализируем предложенные вещества.

1) кислорода
В твёрдом агрегатном состоянии кислород ($O_2$) представляет собой кристалл, в узлах решётки которого находятся молекулы $O_2$. Внутри молекул атомы связаны прочной ковалентной связью, а между собой молекулы удерживаются слабыми силами межмолекулярного взаимодействия (силами Ван-дер-Ваальса). Такая решётка называется молекулярной.

2) хлора
Твёрдый хлор ($Cl_2$) по строению аналогичен кислороду. В узлах его кристаллической решётки находятся молекулы $Cl_2$, связанные слабыми межмолекулярными силами. Это также вещество с молекулярной кристаллической решёткой.

3) алмаза
Алмаз — это одна из аллотропных модификаций углерода ($C$). Его кристаллическая решётка построена из атомов углерода, каждый из которых соединён с четырьмя другими атомами прочными ковалентными связями, направленными к вершинам тетраэдра. Вся структура представляет собой один гигантский трёхмерный каркас. Это и есть атомная кристаллическая решётка.

4) азота
В твёрдом состоянии азот ($N_2$) имеет молекулярную кристаллическую решётку. В узлах решётки находятся молекулы $N_2$, которые связаны между собой очень слабыми межмолекулярными силами.

Следовательно, из всех перечисленных веществ атомная кристаллическая решётка характерна только для алмаза.

Ответ: 3

7. К аллотропным модификациям углерода не относят

1) озон

2) алмаз

3) фуллерен

4) графит

Аллотропия — это явление существования химического элемента в виде двух или более простых веществ, которые называются аллотропными модификациями. Эти модификации отличаются друг от друга строением и, как следствие, свойствами. В данном вопросе необходимо определить, какое из перечисленных веществ не является аллотропной модификацией углерода.

1) озон
Озон — это простое вещество, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода. Его химическая формула — $O_3$. Озон является аллотропной модификацией химического элемента кислорода (O), а не углерода (C).

2) алмаз
Алмаз — это одна из наиболее известных кристаллических аллотропных модификаций углерода. Он имеет кубическую кристаллическую решётку, в которой каждый атом углерода связан с четырьмя другими прочными ковалентными связями, образуя тетраэдр. Это обеспечивает алмазу исключительную твёрдость.

3) фуллерен
Фуллерен — это класс аллотропных модификаций углерода с молекулярной структурой. Молекулы фуллеренов представляют собой замкнутые выпуклые многогранники, состоящие из атомов углерода. Самый известный представитель — бакминстерфуллерен ($C_{60}$), молекула которого по форме напоминает футбольный мяч.

4) графит
Графит — наиболее распространённая в природе аллотропная модификация углерода. Его кристаллическая структура состоит из плоских слоёв, в которых атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников. Связи внутри слоёв прочные, а между слоями — слабые, что обуславливает мягкость графита и его способность оставлять след на бумаге.

Таким образом, алмаз, фуллерен и графит являются аллотропными модификациями углерода. Озон же является аллотропной модификацией кислорода. Следовательно, озон не относится к аллотропным модификациям углерода.
Ответ: 1.